随着3S技术的发展, 3S技术在林业管理上的运用更为深入, 基于3S技术开发的管理系统越来越多, 但大多数是以森林资源为主, 缺乏空间实体定义能力, 缺乏空间关系查寻能力; 对于林业生态工程的管理系统也主要侧重在林业生态功能等方面, 全面的管理系统还没有。

世纪之交, 我国确立并实施以生态建设为主的林业发展战略, 实施了六大重点林业生态工程。对于林业重点工程的实施和管理而言, 已经建立了工程数据库, 但各级工程管理部门之间的信息传递不通畅、不及时, 严重影响工程的规划、管理、监控、决策、评价和分析(鞠洪波, 2003)。林业生态工程监测系统用于解决林业生态工程监测与评价的关键技术, 包括林业生态工程质量、工程的实施对区域生态景观和土地利用状况影响的监测和评价方法技术, 工程实施对区域经济发展影响的评价方法和技术, 不同监测方法的投入和产出的比较分析; 为系统规范地建立各林业生态工程区本底数据库(包括自然资源与环境背景数据库、社会经济统计数据库)以及工程规划与实施进展数据库提供示范样板; 建立林业生态工程工程动态监测、工程质量和效益评价系统, 通过示范应用, 实现为林业生态工程规划、管理、监控、决策、评价和分析提供技术支撑与服务。

本系统由图层管理、数据管理、空间分析、成图制图、三维显示查询和专业分析六大功能模块组成, 其中图层管理和成图制图模块是本系统的关键部分, 也是本系统与一般林业信息管理系统的不同之处。本文着重介绍图层管理和成图制图模块的开发设计。

1 模块分析

系统分析采用面向对象的分析(OOA)。OOA是针对问题域和系统责任的, 不考虑与系统实现有关的因素, OOA模型由5个层次构成, 包括类及对象层、结构层、主题层、属性层和服务层, 对应着OOA工作的5个活动(邵维忠等, 1997)。OOA策略运用到模块分析中, 能更准确地提出问题。

图层管理模块用于显示和处理林业生态工程的各种所需信息, 显示工程现状和模拟工程进展, 从而为人们在预测和评价时做出正确的选择和决策提供技术支撑与服务。

在图层管理模块中能对各图层进行各种所需操作, 但要对其进行必要的编辑、制图输出, 将由本系统的成图制图模块实现。传统的林业制图一般都以地形图作为制作专题图的基本图, 成图周期长, 精度低, 投入高, 且多采用手工绘制, 没有实现系统化和自动化(白降丽等, 2004)。3S技术的发展应用使专题图的编制在方法上发生了根本的变化, 传统的手工转绘被计算机所取代, 遥感信息成为制作专题图的重要资料来源, 各种调查数据经过专题提取后都可组成各自的专题图(陈春祥, 2001; 李春干, 2002)。

成图制图模块能很好地解决这些问题, 这一模块是在图层管理模块的基础上对信息进一步完善, 并以多种形式输出, 便于人们的交流和对工程做出评价和分析。

1.1 图层管理模块分析

图层管理模块的操作对象为图层, 基本的功能有: 1)图层的打开、关闭、保存、放大、缩小、漫游、还原显示、刷新等; 2)图层状态显示; 3)图层编辑, ShapeFile数据的增添、修改、删除; 4)图层新建、增加、删除、多图层叠加; 5)图层渲染, 包括单色渲染、独立渲染、分级渲染、点密度渲染、直方图渲染、比例尺渲染; 6)鹰视图, 可以快速选择所需显示范围, 以便操作; 7)坐标系设置, 包括坐标系的创建、修改、删除, 54坐标和80坐标的转换; 8)投影转换, 包括球面坐标系和投影坐标系(平面投影、圆柱投影、圆锥投影)之间的转换; 9)图查属性, 在显示的图层中查询所选区域的属性信息, 并高亮显示所选区域, 同时还可对属性信息进行打印输出, 以备文字参考。

1.2 成图制图模块分析

成图制图模块是在已完成编辑的图层基础上进行成图制图操作, 主要功能有: 1)图层的打开、关闭、保存、放大、缩小、漫游、还原显示、刷新等; 2)比例尺设置; 3)图层显示, 图层显示状态的打开和关闭及括图层的增删、上下移动和鹰视等; 4)图例制作, 包括网格、图例、比例尺、指北针的添加; 5)图面标注, 包括添加图框、图片、字符标注、文本框标注等; 6)图层渲染, 包括单色渲染、独立渲染、分级渲染、点密度渲染、直方图渲染、比例尺渲染; 7)制图输出, 包括页面设置、打印输出、文件输出, 其中文件输出可输入所需输出分辨率。

1.3 模块开发环境 1.3.1 技术路线

系统采用面向对象的组件式开发方式, 采用ESRI公司的功能组件ArcGIS Engine作为开发平台, 在Visial Basic编程环境中, 直接将Engine提供的控件和功能模块嵌入GIS中, 同时利用ADO实现程序与底层数据库的通讯。

1.3.2 硬件环境

主机: CPU 800 MHz以上, 内存256 M以上, 硬盘10 G以上; 显示设备: 800 ×600以上屏幕分辨率显示器; 输入设备:数字化仪(A1)、扫描仪(A4);输出设备:激光打印机、彩色喷墨绘图仪。

1.3.3 软件环境

操作平台: Windows 2000, IE 6.0及以上; 开发平台:基于VB 6.0开发语言, 内嵌ArcGIS ENGINE控件进行系统开发, 利用ADO实现程序与底层数据库的通讯。

2 模块设计

系统设计采用面向对象的设计(OOD)。OOD是针对与实现有关的因素继续运用OOA的5个活动, 它包括问题域、人机交换、任务管理和数据管理等4个部分(邵维忠等, 1997)。在OOD中, OOA的结果恰好符合OOD的问题域部分。设计问题域部分的策略是:运用OOA; 运用OOA结果, 并在OOD期间加以改进; 运用OOA结果, 并在OOD期间加以增补(邵维忠等, 1997)。

2.1 模块功能结构设计

根据系统需求, 图层管理、制图成图模块功能框图分别如图 1、2所示; 图层管理、制图成图模块关系结构图如图 3。

2.2 图层管理模块设计

图层管理模块是本系统中用户操作最频繁的模块, 也是本系统的重点所在。作为监测系统, 工程的各项指标变化都将在图层管理所对应的图层中得以体现。在模块中提供图层的打开、保存、关闭、打印等基本操作和增加图层的放大、缩小、漫游、还原大小、刷新等基本功能, 还设置图层编辑、图层查询、图层显示、投影转换、坐标系等子功能模块。图层查询子模块实现图查属性的操作; 通过投影转换子模块, 转换为用户所需的各种类型投影坐标; 在坐标系子模块实现图层的坐标系的添加等操作。

图层显示子模块提供图层显示功能, 在图层显示窗口打开的状态下, 单击右键, 可以对选定图层做图层编辑操作、查看图层路径等。图层编辑子模块中提供创建新的空白图层, 对ShapeFile图层进行数据的增加、修改、删除操作; 图层编辑具有图层的上移、下移、删除和添加新图层及对图层进行保存等功能; 和很多优秀的工具一样, 为了使用户快速定位, 子模块图层编辑中设置了鹰视功能, 在需要时, 只需在图层显示窗口中单击右键即可选择对所选图层做鹰视, 也可随时取消; 为了使图层的某种特征在图层中特别显示, 图层编辑子模块提供图层渲染功能, 可以对每一图层进行多种形式的单色渲染、独立渲染、分级渲染、点密度渲染、直方图渲染以及比例渲染, 能更明了地读出各图层及各图层相应属性信息。

图层管理模块并不是一个独立的模块, 它和其他模块紧密联系着, 对图层的每一个操作, 最终都将反映到系统的数据管理模块中完成并实现用户操作。为了增强系统性能, 图层管理模块中使用了MapControl控件和PagelayOut控件。PagelayOut控件与MapControl显示相同的内容, 但在这一模块中不可见; MapControl控件在模块中用来显示图层, 可以操作; 同时, 制图成图模块和图层管理模块共用了一个相同的PagelayOut控件, 这样可以简化操作, 提高系统运行速度; 在图层管理模块中图层上的每一个操作, 都可以实时出现在制图成图模块上, 只要切换到成图制图模块即可对所选图层作成图制图操作。

2.3 成图制图模块设计

成图制图模块是本系统的核心模块, 各种专题图都在本模块中完成。各图层在图层管理中完成各项基本编辑处理后, 就可以被成图制图模块调用了。通过对各图层的再处理, 进行成图制图, 制作成各种专题图, 可以看到各林业生态工程更为具体的动态变化等。

和图层管理模块一样, 在本模块中提供图层的打开、保存、关闭等基本功能和对图层的放大、缩小、漫游、还原大小、刷新等基本操作。模块包括比例尺、图例制作、图面标注、图层显示、图层渲染和制图输出等子模块, 可以直接调用图层管理模块的图层, 也可以重新打开已有的图层。比例尺子模块实现比例尺的增加、删除、修改功能; 图例制作子模块中实现网格、标尺、指北针等图例的添加; 图面标注中实现添加图框、图片、文字标注、文本框标注等; 图层显示子模块具有和图层管理模块的图层编辑子模块基本相同的功能, 但不包括创建空图层功能; 制图输出中进行页面设置、打印输出和输出到文件操作, 在输出到文件的操作中, 可根据需求, 选择输出文件类型和对分辨率进行调整, 设置图幅等。

3 模块实现

本系统的运行默认界面为图层管理模块, 运行图层管理模块, 打开一个或多个已有图层, 通过ADO调用图层数据。操作图层时, 将信息反馈到数据库中, 完成操作。如在对图查属性操作中, 当对所选图层操作时, 自动调取所操作图层相应数据库中图层对应的属性表, 并把属性字段和值反馈到显示窗口中。成图制图模块中, 在调用图层时, 也调用相关数据库, 对数据表进行操作。

图层管理模块运行图如图 4所示, 数据使用的是山西中阳数据, 在这读取了土地利用图层和森林分布图层, 土地利用图层移到上层显示, 激活土地利用图层, 使其作为当前图层进行操作。从图中可以看到土地利用图层按利用类型划分为不同的小块; 图的左下角是鹰视图区, 方框内为鹰视范围, 是要在主图中显示的区域; 在这显示了对土地利用图层查询操作, 图查属性的过程中, 可以在弹出的查询窗口种获得当前操作的窗体名、所操作图层文件名、文件类型(点、线、面)、图层文件的获取路径、采用的坐标系统和查询要素的属性信息, 并对图中当前选择要素高亮显示。在图中还可以看到当前查询位置所在地块和查询结果显示。

4 结论与讨论

至此, 图层管理和制图成图模块已经完成, 实现了矢量数据的各种操作。在图层管理模块中, 可以对多种数据格式进行编辑, 能实现各种林业专题图的制作, 使得林业数字化管理得以在本系统中顺利实现。虽然能完成这些基本操作; 但模块中存在的不足也还很多, 主要有: 1)所涉及的数据类型不是很丰富, 目前只涉及到ShapeFile、Document File、Image, GeoDataBase尚未使用; 打开文件种类只有Shape、MxFile、Raster、Image、tf、Bmp、SDE等文件; 创建新文件种类MxFile、ShapFile、OutPutFile、ImageFile。2)坐标系中涉及的只有北京54坐标和北京80坐标; 3)在本模块中, 图层移动时使用的是鼠标单击选择上下移动, 没能做到直接拖动完成图层移动操作。